Question

【题目】稀土是一种重要的战略资源。氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，它是提取铈等稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼工艺流程如下：

已知：

i．铈的常见化合价为+3、+4。焙烧后铈元素转化成CeO2和CeF4。四价铈不易进入溶液，而三价稀土元素易进入溶液。

ii．酸浸II中发生反应：9CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce(BF4)3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O

请回答下列问题：

（1）①焙烧氟碳铈矿的目的是_______。

②焙烧后产生的CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1-x)+xO2↑的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：________。

（2）在酸浸I中用盐酸浸出时，有少量铈进入滤液，且产生黄绿色气体。少量铈进入稀土溶液发生反应的离子方程式是________。

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是______。

（4）操作I的名称为_______，在实验室中进行操作II时所需要的硅酸盐仪器有_______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液来调节溶液的pH，以获得Ce(OH)3沉淀，常温下加入NaOH调节溶液的pH应大于________即可认为Ce3+已完全沉淀。(已知：Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)

（6）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品5.000g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4+全部被还原成Ce3+，再用0.1000mol·L-1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时，消耗20.00mL标准溶液。则该产品中Ce(OH)4的质量分数为______(已知氧化性：Ce4+＞KMnO4；Ce(OH)4的相对分子质量为208，保留3位有效数字)。

（7）利用电解方法也可以实现铈的回收。在酸性条件下电解Ce2O3（如图），离子交换膜为____(填“阴”或“阳”）离子交换膜。

Answer 1

【答案】将铈氧化为四价便于与其他稀土元素分离 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2 8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失（或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率） 过滤 烧杯、分液漏斗 9 95.7% 阳

【解析】

（1）①题中已经告知焙烧之后，铈元素转化成CeO2和CeF4，且四价铈不易进入溶液，则焙烧的目的是将铈元素转化为+4价的化合物，从而通过溶解的方法获得更为纯净的铈的化合物；

②将反应2CO+O2=2CO2和题中反应相加，可得：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；

（2）在酸浸I中用盐酸浸出时，有少量铈进入滤液，且产生黄绿色气体，说明HCl被氧化为Cl2，则该反应的离子方程式为8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O；

（3）酸浸II得到Ce(BF4)3沉淀，加入KCl溶液，得到KBF4沉淀，则说明沉淀发生了转化，并生成了CeCl3，由于CeCl3才是该步的目标产物，且后学操作又需要将CeCl3转化为Ce(OH)3，这些操作都是在溶液中进行，所以这步沉淀转化的目的是避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失（或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率）；

（4）经过操作I得到滤渣和溶液，则操作I为过滤；操作II为萃取，则需要使用的硅酸盐仪器（即玻璃仪器）为烧杯、分液漏斗；

（5）Ce3+完全沉淀时，c(Ce3+)≤1.0×10-5mol·L-1；由于Ksp[Ce(OH)3]= c(Ce3+)·c3(OH-)=1.0×10-20，解得c(OH-)=1.0×10-5mol·L-1，则pH=9；

（6）n(KMnO4)=0.1 mol·L-1×0.02L=0.002mol，

根据得失电子守恒，可知：

则n(Fe2+)2=0.01mol，所以n(Fe2+)1= n(Fe2+)-n(Fe2+)2=0.033mol-0.01mol=0.023mol，

又有： ，则n[Ce(OH)4]= n(Ce 4+)= n(Fe2+)1=0.023mol，

所以，w[Ce(OH)4]=×100%=×100%=95.7%；

（7）观察电极可知，阳极Ce2O3放电，生成Ce4+，并在阴极形成产物Ce(SO4)2，则离子交换膜为阳离子交换膜。